CN115681613A - 用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，包括以下步骤；S1)顶管始发和接收；通过分层分块破除洞门，对洞门周边进行密封后，开始始发施工、水土接收式的顶管接收以及洞门封堵；S2)顶管顶进施工；顶进中，对利用改良剂渣土性状进行改良，并利用注浆液进行浆液置换和固结；所述改良剂为泡沫溶液和膨润土溶液的混合物；顶进时，位于加固区的顶进速度为5‑10mm/min,顶进推力小于计算推力，且不小于计算推力的80％；S3)顶管下穿既有建筑的监测：通过对管节上的管片设置监测点，进行沉降和收敛的实时监测，实现信息动态化施工管理，并根据监测数据，调整顶管顶进中的施工参数。本发明减少了施工中的扰动和沉降，提高了安全性。

Description

用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法

技术领域

本发明涉及顶管施工技术领域，尤其是用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法。

背景技术

顶管技术作为一种新型的隧道工程暗挖技术已经在城市建筑密集区、交通繁忙路段、超浅埋等区域的隧道工程得到广泛应用，它具有适应性范围广、安全性高、施工扰动小、环保等优点。顶管机分为敞开式和封闭式两大类。敞开式顶管机有手掘式、挤压式和网格式，封闭式顶管机有土压平衡型、泥水平衡型和气压平衡型等。矩形顶管是经圆形顶管改进而得到的，在有效使用面积相同的情况下，相较于圆形顶管矩形顶管能节省约20％的空间，从而增大空间利用率。如今地铁车站出入口兼做过街通道的情况越来越普遍，传统的明挖工法因需占用大量地面资源而不适用，顶管法对地面交通和地下管线扰动较小，在相关的工程建设中具有广泛的应用前景。

在特殊的施工环境中，比如顶管掘进主要地层为淤泥质粉质黏土，该土层为本场地内主要软弱土之一，若施工不当土体受扰动后容易造成周边管线、高架桩基和路面不均匀沉降，严重时甚至造成管线破裂、桥梁倾斜和路面塌陷。因此，有必要形成一套淤泥质粉质黏土地层矩形顶管下穿既有公路施工工法，确保顶管施工的安全顺利进行，并为今后类似工程施工提供经验。

发明内容

本发明的目的在于提供用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其通过水土接收式的顶管接收以及设置监测点等，确保顶管施工的安全顺利进行。

为了实现上述技术效果，本发明通过以下技术手段予以实现。

用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，包括以下步骤；

S1)顶管始发和接收；通过分层分块破除洞门，对洞门周边进行密封后，开始始发施工、水土接收式的顶管接收以及洞门封堵；

S2)顶管顶进施工；顶进中，对利用改良剂渣土性状进行改良，对出土量进行控制，并利用注浆液进行浆液置换和固结；

所述改良剂为泡沫溶液和膨润土溶液的混合物；

顶进时，位于加固区的顶进速度为5-10mm/min,顶进推力小于计算推力，且不小于计算推力的80％；

S3)顶管下穿既有建筑的监测：通过对管节上的管片设置监测点，进行沉降和收敛的实时监测，实现信息动态化施工管理，并根据监测数据，调整顶管顶进中的施工参数。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1)顶管始发和接收中，所述对洞门周边进行密封具体为先做好洞门预埋件的埋设，然后安装帘布橡胶板和折页板完成施工。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S1)顶管始发和接收中，所述始发施工中，还包括渣土改良浆液的注入，所述改良注液为泡沫剂和膨润土的混合物。

作为本发明的进一步改进，所述始发施工中，还包括顶管机的装配，具体为，于顶管的前基座上增加止退装置，所述止退装置用于稳住管节和机头。

作为本发明的进一步改进，所述始发施工中，顶管机的机头高于施工面，使得顶管机形成向上的工作趋势。

作为本发明的进一步改进，所述水土接收式的顶管接收，具体为：浇筑素混凝土回填至强度达到设定要求，并选用原状土进行回填。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3)顶管下穿既有建筑的监测中，设置监测点时，还包括监测断面的设置，具体包括于小半径曲线段、岩层不均段、建筑外周存在干扰段设置监测断面。

作为本发明的进一步改进，于直线段中，管片结构位移以及净空收敛监测按照每3-5环设置监测断面的频率设置。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3)顶管下穿既有建筑的监测中，监测频率为，顶管施工期间，对所有监测点按照至少2次/天的频率进行监测，工后沉降时，对所有监测点按照至少1次/7天的频率进行监测。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3)顶管下穿既有建筑的监测中，至少应在施工完成后且周边既有建筑稳定后，最大沉降速率小于等于±0.04mm/d时，停止监测。

本发明的有益效果如下：

本发明中，利益水土接收、实时监测改变施工参数等，进而能够及时预测施工中土体的受扰动情况，减少沉降不均匀的问题。

本发明中，由于土压平衡矩形顶管在顶进中前端阻力很大，即便顶进了较长里程后，在每次拼装管节或加垫块时，主顶油缸一回缩，机头和管节就会一起后退20～30cm，机头和前方土体间的土压平衡受到破坏，土体得不到稳定的支撑，易引起机头前方的土体坍塌。因此，在前基座上安装一套止退装置，将管节和机头稳住，从而使地面沉降量明显减少。本发明中，直接通过台车上的养护组件进行浇筑后的养护，一次到位，无需养护组件的装配，且每浇筑一段，就可以养护一段，效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法的简要流程图；

图2为本发明提供的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法的流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

杭州某地铁站的施工中，由于施工中的附属结构均从主体结构地下一层即车站站厅层接出，其中某个出入口与风亭连接的过街通道采用顶管法施工，顶管施工下穿的石祥路属于城市快速路，车流量较大，路面下方管线众多，且该过街通道与最近的留石高架桥墩距离仅6.78m，顶管掘进主要地层为淤泥质粉质黏土，该土层为本场地内主要软弱土之一，若施工操作不当将造成较大的经济损失和人员伤亡，类似的淤泥质粉质黏土地层顶管下穿公路施工经验相对欠缺，有必要提出一套适合本地区特点的淤泥质粉质黏土地层矩形顶管下穿既有公路施工方法。

本发明的特点如下：

本发明针对顶管法施工的连接通道，严格按照顶管法施工监测规范，设置监测项目、监测点，并确保监测范围、监测点数量、监测频率满足要求。同时施工前做好建(构)筑物初始状态调查工作,详细了解桥梁基础形式、桩基相关信息并且按照规范、设计要求设置沉降观测点。施工前根据相关图纸并结合现场环境，做好周边管线初始状态的调查，摸清管线具体信息，管线迁改过程中按照要求合理设置直接监测点。针对监测数据或现场巡视出现预警情况，同步调整掘进参数，结合渣土改良等措施减少对土体的扰动，并及时向相关单位反馈，警情报告单及时发送，加密监测频率。

本发明中，始发施工前确定顶进设备运转情况良好后，把机头顶进洞圈内距加固层10cm左右。根据顶管机始发高程，洞圈内安装铁枕，并将始发架延伸至洞口，使得顶管机在始发阶段不会产生“磕头”现象。同时，顶管机就位时，可稍微将机头垫高5mm左右，保持始发时顶管机有一向上的趋势。调整后座主推千斤顶的合力中心，始发时加密测量顶管机的偏差，一旦发现有磕头趋势，立即用后座千斤顶进行纠偏。由于土压平衡矩形顶管在顶进中前端阻力很大，即便顶进了较长里程后，在每次拼装管节或加垫块时，主顶油缸一回缩，机头和管节就会一起后退20～30cm，机头和前方土体间的土压平衡受到破坏，土体得不到稳定的支撑，易引起机头前方的土体坍塌。因此，在前基座上安装一套止退装置，将管节和机头稳住，从而使地面沉降量明显减少。

本发明中，该止退装置对称设置在末端管节两侧的直角三角形支架，其中一直角边固定在顶管导轨上，其斜边朝向尾端管节的后侧延伸，支架临近末端管节的端部设有插销孔，且两个支架的插销孔正对末端管节两侧的吊装孔，并在油缸行程推完时，分别通过插销将左支架和右支架与末端管节固定连接。

本发明中，顶管穿越高架期间，加密监测频率，同时在下穿过程中根据监测数据及时优化调整各类施工参数，在施工中，必要时进行补注填充泥浆，有效控制后期沉降，进行信息化动态施工管理。同时根据地面荷载的情况，及时重新计算土压平衡设定值，并根据地面隆陷值加以调整，结合地面监测信息合理调整泥浆质量，并按推力、推进速度和出土量的相互关系，合理控制推进速度，使顶管快速均匀推进，尽量缩短穿越时间，防止超挖和欠挖，以减少对土体的扰动，最大程度减少地层损失，将沉降控制在最小范围内，满足沉降要求。

本发明中，根据本工程地质及水文情况，同时考虑对周边建(构)筑物及管线的影响,采用水土接收方案。水土接收流程:接收准备(加固体质量检查、姿态及顶推速度调整、应急物资准备等)→进行加固体探孔→素混凝土回填→安防斜导梁→洞门回填(原状土)→注水→顶管穿越加固体顶推至接收井内→回填物清理及拆机→洞门封堵完成接收。由于顶管在加固区中很难进行纠偏，因此必须保证顶管以良好的姿态进入加固区，同时避免强制性纠偏产生地面沉降等不利影响，顶进接近接收加固区时必须降低顶进速度，顶进速度控制在5-10mm/min,顶进推力不宜大于计算推力，且不小于计算推力的80％，在破除接收井封门时，可在洞门钢圈四周打设探孔，确保没有渗漏水后，快速破除洞门。

本发明的原理和施工工艺具体如下：

本发明主要适合于淤泥质粉质黏土等软弱地层矩形顶管下穿既有公路工程施工，在杭州等长三角地区具有较好的适用性，亦可用于今后其他城市地区顶管隧道在黏土地层下穿公路的类似工程项目。

第一部分，顶管始发

1.1始发施工

1顶管机组装完成后，对全套顶进设备作一次系统调试，应特别注意仿形刀在穿越加固层时的切削性能。在确定顶进设备运转情况良好后，把机头顶进洞圈内距加固层10cm左右。

(1)顶管始发时注意事项

1)刀盘顶推距离土体10～20cm启动，避免破坏洞门防水装置；

2)对向启动6个刀盘，注入渣土改良浆液，确保土体浆液的混合物逐步充满整个土仓，启动千斤顶，顶推速度控制在5～10mm/min，正面土压力0.69～1.34Bar；

3)当顶部土压建立后，可逐步开启螺旋机，初始出土速度要求慢，待顶进与出土达到平衡后，出土性状具有良好的塑性、流动性和止水性后，方可逐步提升出土速度。

2机头穿墙顶进：在破除封门后，应立即开始顶进机头，由于正面为加固土，为保护刀盘和仿形刀，顶进速度应适当减慢，使刀盘和仿形刀能对水泥土进行对矩形断面彻底切削；另外由于此段土体过硬，螺旋机出土时可加适量清水来软化和润滑土体。

3根据顶管机始发高程，洞圈内安装铁枕，并将始发架延伸至洞口，使得顶管机在始发阶段不会产生“磕头”现象。同时，顶管机就位时，可稍微将机头垫高5mm左右，保持始发时顶管机有一向上的趋势。调整后座主推千斤顶的合力中心，始发时加密测量顶管机的偏差，一旦发现有磕头趋势，立即用后座千斤顶进行纠偏。

4推进注意事项

在进行始发基座、后靠背定位时，要严格控制始发基座、后靠背的安装精度，确保土压平衡矩形顶管始发的轴线与设计线路重合。

始发前在基座轨道上涂抹油脂，减少土压平衡矩形顶管推进阻力，在刀头和帘布橡胶板上涂抹油脂，避免推进时刀头损坏洞门帘布橡胶板。

在始发阶段，由于地层受加固影响相对较硬，而土压平衡矩形顶管始发基座相对不会变形，要特别注意土压平衡矩形顶管姿态控制，尽量避免土压平衡矩形顶管低头与偏离。始发推进时采取低推力、低速度向前推进，尽量减少对加固体和土体的扰动。

土压平衡矩形顶管在始发基座上向前推进时，通过控制推进油缸行程和加配重等方式使土压平衡矩形顶管基本沿始发基座向前推进。

5顶管穿越加固区，控制顶进速度5～10mm/min，匀速推进。

6由于在初始顶进阶段正面水土压力远大于管节周边的摩擦阻力，拼装管节时主推千斤顶在缩回前，必须对已顶进的部分进行临时的固定，否则管节后退会导致洞口止水装置受损，导致水土流失或及前舱土压下降。对地面交通和管线安全构成威胁。

7止退装置与防后退技术

由于土压平衡矩形顶管在顶进中前端阻力很大，即便顶进了较长里程后，在每次拼装管节或加垫块时，主顶油缸一回缩，机头和管节就会一起后退20～30cm，机头和前方土体间的土压平衡受到破坏，土体得不到稳定的支撑，易引起机头前方的土体坍塌。因此，在前基座上安装一套止退装置，将管节和机头稳住，从而使地面沉降量明显减少。

1.2洞门破除

1洞门凿除前，首先对围护桩开孔检查加固区加固情况，开孔采用水钻钻机取孔，取孔深度以进入加固区120cm为准(局部塌孔须加深)，探孔的芯样留存，待始发验收时检查，取孔数量以位置如图所示：

2若加固土体若不能满足设计要求或洞门水平探孔出现漏水，采用1:1的水泥浆或双液浆进行压密注浆，补充加固。注浆方法为从地面钻孔和洞门水平钻孔进行补充注浆，直至端头加固效果满足设计要求为止。

3洞门破除采用人工风镐分层分块破除，第一阶段凿除表层100mm混凝土并割除表层钢筋，第二阶段自上而下分层分块依序凿除内层混凝土，露出里层钢筋，里层钢筋割除完毕后，及时清理破除后的砼块。洞门破除支架搭设采用钢管架。

1.3洞门密封装置安装

为了防止始发推进时泥土、地下水从土压平衡矩形顶管壳体和洞门的间隙处流失，以及土压平衡矩形顶管尾部通过洞门后填充泥浆浆液的流失，在始发时需安装洞门临时密封装置，洞口密封采用帘布橡胶板+折页板。施工分两步进行，第一步在始发端墙施工过程中，做好始发洞门预埋件的埋设工作。预埋件必须与端墙结构钢筋连接在一起；第二步在始发之前，清理完洞口的碴土，完成帘布橡胶板和折页板的安装。

第二部分顶管顶进施工

2.1顶进速度

初始阶段不宜过快，一般控制在5～10mm/min左右，正常施工阶段可控制在10～20mm/min左右。

2.2渣土改良

为保证土仓压力稳定，精准控制出渣量，在顶进过程中对渣土性状进行改良。结合本工程地层特性，采用泡沫剂+膨润土的改良剂进行渣土改良。其中泡沫溶液的配合比为水：泡沫剂＝94％：6％，膨润土溶液为水：膨润土：CMC＝93.7％：6％：0.3％；具体加入量根据地质条件及施工情况及时加以调整，膨润土溶液必须充分膨化后使用。

2.3出土量控制

严格控制出土量，防止超挖或欠挖，正常情况下出土量控制在理论出土量的98％～102％，一节的理论出土量为50.4m³，地层损失率控制在3‰以内。

顶管工程中，管内的出泥量要与顶进的取泥量相一致，出泥量大于顶进取泥量，地面会沉降，出泥量小于顶进取泥量，地面会隆起.这都会造成管道周围的土体扰动，只有控制出泥量与顶进取泥量相一致，才不会影响管道周围的土体，从而才能维护地面不受影响，而要作到出泥量与取泥量一致的关键是严格控制土体切削掌握的尺度，防止超量出泥。

本发明顶进过程中采用渣土车进行出土，渣土车每斗容量为2.5m³，每环出土20.2斗，现场每顶进7.4cm出1斗土，每次顶进完成后测量顶进距离，并观察渣土斗容量是否与上次一致(必要时将渣土斗内的土人工修平，以便于测量实际出土量)。

2.4管节安装

管片运输按照现场顶进计划，及时安排管片厂运输管片至施工场地，吊装至存放至指定位置，以备现场使用。管片吊装作业选用一台135t履带吊，在基坑边缘起吊，起吊前将管片在场地内作好防水粘贴及注浆管路布置，翻身后摆放于吊装区域内，管片下放过程履带吊不行走；起吊时将管片上提超过基坑护拦顶，摆动大臂至吊装孔中心，逐步下放至基坑称底始发架上，在井下与其它管片作好拼接。

每节管节安装前，需先粘贴止水圈、胶合板、注浆管及注浆孔堵头，管节与管节的接口部分按设计要求进行嵌填。同时，尽量保证管节与机体处于同心同轴状态。管节相连后，应在同一轴线，不应有夹角、偏转，受力面应均匀，通过焊接预留的16块预埋钢板进行焊接固定，保证管节的沉降稳定性。

2.5填充泥浆

1顶管管节设置10个注浆孔，压注填充泥浆填充管道的外周空隙以减少地层损失控制地面沉降和减少顶进阻力。

2采用泥浆搅拌机进行制浆。纯碱和CMC应预先化开(CMC可以边搅拌边添加)，再加入膨润土搅拌20min，泥浆要充分搅拌均匀。注浆泵采用专用泵，将其固定在始发井口，拌浆机出料后先注入储浆桶，拌制后的浆液在储浆桶中需经过一定时间(不小于24小时)膨化后方可通过专用泵送至井下。

3填充泥浆浆液配制

本发明施工中，所要求的浆液应不失水、不沉淀、不固结，既要良好的流动性，又要有一定的稠度。所用润滑浆液主要成分为膨润土、纯碱以及CMC(化学浆糊)。本发明中，填充泥浆浆液的配比见表1.

表1填充泥浆配比

膨润土	水	纯碱	CMC
				25	100	1	1

表2填充泥浆性能指标

4填充泥浆注入原则与注入量

顶进时压浆要及时，确保形成完整、有效的泥浆套，必须遵循“先压后顶、随顶随压、及时补浆”的原则。管节上的压浆孔供补压浆用，补压浆的次数及压浆量需根据施工时的具体情况而定。

顶进施工中，填充泥浆的用量主要取决于管道周围间隙的大小及周围土层的特性，由于泥浆的流失及地下水等的作用，泥浆的实际用量一般取理论值的3～5倍，在施工中还需根据土质情况、顶进状况及地面沉降的要求等做适当的调整。

2.6施工轴线控制

推进方向控制与调整采取以下两方面的手段和方式：

1推进自动导向系统和人工测量辅助进行土压平衡矩形顶管姿态监测。

该系统配置了导向、自动定位、显示器等，能够全天候在土压平衡矩形顶管主控室动态显示土压平衡矩形顶管当前位置与隧道设计轴线的偏差以及趋势。据此调整控制土压平衡矩形顶管推进方向，使其始终保持在允许的偏差范围内。

土压平衡矩形顶管采用莱卡激光制导的方法进行推进导向。该系统在设备内设置激光靶，洞口始发井处设置莱卡激光全站仪。激光全站仪安装在工作井后背稳定的位置，调整好激光束的位置和方向，使激光束与管道的中心线平行，并且符合设计坡度，发射可见的激光束。当顶进一段距离后，量测激光束打在土压平衡矩形顶管上目标靶上的偏移量来测出施工中管道的高程及中心偏差。同时土压平衡矩形顶管司机也可以根据激光投射在靶面上的光斑的位置，直接判断土压平衡矩形顶管的姿态。随着顶进距离的增加，定期校核激光束的位置，使管子始终沿着设计的方向线前进。同时机内设置倾角传感器，利用传感器检测土压平衡矩形顶管的滚动况，并在显示屏上进行角度显示。

随着土压平衡矩形顶管推进导向系统后视基准点需要前移，必须通过人工测量来进行精确定位。为保证推进方向的准确可靠，拟每2环进行一次人工测量，以校核自动导向系统的测量数据并复核土压平衡矩形顶管的位置、姿态，确保土压平衡矩形顶管推进方向的正确。

2操作土压平衡矩形顶管铰接油缸控制土压平衡矩形顶管推进方向。

根据线路条件所做的分段轴线拟合控制计划、导向系统反映的土压平衡矩形顶管姿态信息，结合隧道地层情况，通过操作土压平衡矩形顶管的铰接油缸来控制推进方向。同时可以在土压平衡矩形顶管的壁上注泥浆，通过压力差变化来调整方向。

3方向控制及纠偏注意事项

在切换刀盘转动方向时，应保留适当的时间间隔，切换速度不宜过快，切换速度过快可能造成管节受力状态突变，而使管节损坏。

根据掌子面地层情况应及时调整推进参数，调整推进方向时应设置警戒值与限制值。当土压平衡矩形顶管姿态接近警戒值时就应该实行纠偏程序。

修正及纠偏时应缓慢进行，如修正过程过急，反而更加明显。在直线推进的情况下，应选取土压平衡矩形顶管当前所在位置点与设计线上远方的一点作一直线，然后再以这条线为新的基准进行线形管理。

推进油缸油压的调整不宜过快、过大，否则可能造成管节局部破损甚至开裂。

土压平衡矩形顶管始发、到达时方向控制极其重要，应按照始发、到达推进的有关技术要求，做好测量定位工作。

2.7浆液置换和固结措施

顶进施工完成后，为减少土体后期沉降，加强隧道整体防水性能，须加注水泥浆对填充泥浆进行置换，固结隧道。选用1：1的水泥浆液，通过注浆孔置换管道外壁浆液，注浆压力为同步注浆时的0.2～0.3倍(根据实际水土压力确定，并大于水土压力)，顶管机出洞后进行管节固结施工，时间10天左右。

防水施工

1止水圈,弹性密封材质为氯丁橡肤或氯丁橡胶与水膨胀橡胶复合体,并以粘结剂粘贴于管节。

2管节与管节之间采用中等硬度的木制材料—胶合板作为衬垫。并设置-圈遇水膨胀止水条,板接头处以企口方式相接。

3管节下部的嵌缝槽采用聚硫密封胶嵌填。

4管节与钢套环闻形成的嵌缝槽采用聚氨酯密封胶嵌注。

5在钢套环上的两囿筋之间嵌入挤出型SM胶,其材质为单组份水膨胀密封胶从而构成—封闭圆环。

第三部分顶管接收

顶管到达是顶管施工中最易出现问题的环节，常会因为顶管施工到达过程中定位不准确、方向控制不好，或者端头加固的质量问题，导致接收时出现坍塌、突泥、涌水，严重影响施工安全。

3.1施工顺序

根据本工程地质及水文情况，同时考虑对周边建(构)筑物及管线的影响,采用水土接收方案。

水土接收流程：接收准备(加固体质量检查、姿态及顶推速度调整、应急物资准备等)→进行加固体探孔→素混凝土回填→安防斜导梁→洞门回填(原状土)→注水→顶管穿越加固体顶推至接收井内→回填物清理及拆机→洞门封堵完成接收。

接收过程中相技术关措施如下：

(1)接收准备

1)接收前仍须确保接收端头加固范围、强度和止水性符合设计要求；

2)顶管机达到接收范围前，安排测量组对顶管机姿态进行复测，并根据复测结果及时进行姿态纠偏，减少轴线偏差，确保顶管机安全出洞；

3)顶管进入接收加固区，仍应缓慢匀速通过，控制顶进速度5～10mm/min。

(2)水土接收

为确保顶管机接收安全，顶管接收采用水土接收方案。

1)回填之前应施清理接收机内部垃圾，进行浇筑素混凝土，强度满足顶管机接收要求。

2)素混凝土强度达到要求后及时进行回填，防止水土涌入。

3)回填介质选用现场开挖的原状土，确保回填密实

4)回填材料高度为顶管机头上刀盘以上约0.5m，回填后注水或泥浆至场地潜水位。

(3)洞门封堵措施

通道顶进贯通后，用钢板将顶管通道的前后两端管节与顶管工作井洞门钢环满焊，然后通过管片上的预埋注浆孔压注水泥+水玻璃双液浆将管片后的减摩泥浆全部置换。

(4)接收注意事项

1)本工程顶进区间长度最大约75m，故在顶管始发时就应加强顶管施工后姿态控制，避免强制性纠偏产生地面沉降等不利影响。

2)顶进接近接收加固区时必须降低顶进速度，顶进速度控制在5-10cm，顶进推力不宜大于计算推力，且不小于计算推力的80％。

3)顶进至接收加固区后土仓压力不应小于0.6Bar，且不大于1Bar。

4)注意观察回填介质表面是否有气泡等现象。

5)必须在顶管机头距离接收洞门12m前完成接收洞门破除及明洞回填。

6)在破除接收井封门时，可在洞门钢圈四周打设探孔，确保没有渗漏水后，快速破除洞门。

7)回填土方时将人防门关闭，并在人防门后安置水泵防止接收井渗水至后侧主体区域。

3.2管节与洞门连接

首节与末节管节的端面均埋置钢板，顶管机接收后，采用弧形钢板对洞门缝隙进行封堵。

第三部分顶管下穿既有公路监测技术

3.1顶管结构监测点测量

管片拼装完成脱出顶管机后，对管片进行沉降和管片收敛观测，能直接了解到管片受到外部土体压力及管片自重的影响使其产生的变形量，合理设置监测点位便于施工过程中及时掌握隧道结构变形情况。

(1)在顶管始发与接收段、小半径曲线段等区段应布设监测断面；

(2)存在地层偏压、围岩软硬不均等地质条件复杂段应布设监测断面；

(3)顶管下穿或邻近重要建(构)筑物、地下管线、河流湖泊等周边环境条件复杂区段应布设监测断面；

(4)拱顶、拱底的净空收敛监测点可兼作竖向位移监测点，两侧拱腰处的净空收敛监测点可兼作水平位移监测点；

(5)本工程顶管段是直线段，管片结构位移及净空收敛监测按照每4环布设一监测断面。

3.2施工监测频率及周期

由于设计图纸未对顶管法施工监测频率做出明确相关说明及要求，结合相关规范，拟定的监测频率如下表3所示：

表3顶管法施工监测频率表

施工工况	监测频率	备注
			施工前采集初始值	/
顶管施工期间	2次/天	影响范围内所有监测点
			工后沉降	1次/7天	影响范围内所有监测点

注：1.工程施工期间，现场巡查每天不宜少于1次，并应做好巡查记录，在关键工况、特殊天气等情况下应增加巡查次数。

2.当遇到下列情况时，应适当提高监测频率：

(1)监测数据变化速率、累计变化量达到预警标准；

(2)存在勘察未发现的不良地质条件，且影响工程安全；

(3)顶管始发、接收以及停机检修或更换刀具期间；

(4)工程出现异常；

(5)工程险情或事故后重新组织施工。

3、当施工完成后周边建构筑物已稳定，且周边建(构)筑物最后100d的最大沉降速率小于±0.04mm/d，可以申请停止监测。

4、在施工过程中顶管机的监测数据是实时监控的，并且及时反馈至监控室，并传送到监控平台。

本发明的有益效果如下：

本发明中，主要利用各种机械设备、施工措施对矩形顶管进行始发、顶进施工与接收，充分考虑和研究工程特点和难点，紧紧围绕施工主线，配足配强现场管理机构和施工队伍，投入先进、配套的施工机械设备，均衡、高效组织施工生产。采用合理的掘进参数并且结合现场监测参数进行实时调整，各类监测测点的布置在时间和空间上有机结合，力求同一监测部位能同时反映不同的物理变化量。本实施例中，在施工过程中对地表沉降、顶管收敛、垂直位移、水平位移、桥梁沉降等实时监测，当发生持续沉降、位移或累计沉降、位移接近报警值时，立即调整掘金参数，严重时对土体或者桥梁进行加固，确保顶进安全。此外还应加大监测频率，必要时新增监测点，确保监测数据可靠。

顶管顶进下穿既有公路时未影响地面交通，相较于明挖法能节省大量人力物力，施工周期短，工序简单，成本较低，环境条件好，对周围建(构)筑物扰动小。

本发明顶管施工时，通过监测点，密切关注顶管姿态突变情况，勤测量、勤纠偏，管线不均匀沉降以及高架桩基沉降均得到有效控制。根据本工程地质及水文情况，同时考虑对周边建(构)筑物及管线的影响,采用水土接收方案，做到始发到达不流砂、不涌泥，并在顶进最后3环管节时，在顶管机后注入高稠度泥浆，防止到达时漏浆，降低了顶管施工风险。

本发明通过合适且高效的施工措施或设备，解决了矩形顶管在淤泥质粉质黏土中地面沉降难以控制的技术难题，确保了顶管施工安全且高效顶进，为后续陆续开展的矩形顶管在淤泥质粉质黏土地层中下穿公路工程提供解决思路和方法。新颖的工法技术将促进地下工程施工技术进步，社会效益和环境效益显著。

本发明的应用案例如下：

杭州某地铁施工中，其车站主体基坑全长212.98m，车站中心里程处顶板覆土厚度约3.00m；标准段采用地下两层双柱三跨现浇钢筋混凝土框架结构。车站附属结构均从主体结构地下一层即车站站厅层接出，均为地下一层结构地铁某一出入口与风亭连接的过街通道用顶管法施工。

通过淤泥质粉质黏土地层矩形顶管下穿既有公路施工工法的引用，有效地降低了施工风险，保证顶管的安全高效始发、顶进与接收，有效的控制了软弱土体受扰动后造成的周边管线、高架桩基和路面不均匀沉降，使既有城市快速路正常通行，同时大大缩短了施工工期，提高施工效率，进一步丰富和完善企业在本领域内的施工经验和技术水平，为后续开展的矩形顶管在淤泥质粉质黏土地层中下穿公路工程提供科学依据，为同类工程施工提供新的施工思路。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其特征在于，包括以下步骤；

S1)顶管始发和接收；通过分层分块破除洞门，对洞门周边进行密封后，开始始发施工、水土接收式的顶管接收以及洞门封堵；

S2)顶管顶进施工；顶进中，对利用改良剂渣土性状进行改良，对出土量进行控制，并利用注浆液进行浆液置换和固结；

所述改良剂为泡沫溶液和膨润土溶液的混合物；

顶进时，位于加固区的顶进速度为5-10mm/min,顶进推力小于计算推力，且不小于计算推力的80％；

S3)顶管下穿既有建筑的监测：通过对管节上的管片设置监测点，进行沉降和收敛的实时监测，实现信息动态化施工管理，并根据监测数据，调整顶管顶进中的施工参数。

2.根据权利要求1所述的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S1)顶管始发和接收中，所述对洞门周边进行密封具体为先做好洞门预埋件的埋设，然后安装帘布橡胶板和折页板完成施工。

3.根据权利要求1所述的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S1)顶管始发和接收中，所述始发施工中，还包括渣土改良浆液的注入，所述改良注液为泡沫剂和膨润土的混合物。

4.根据权利要求1所述的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其特征在于，所述始发施工中，还包括顶管机的装配，具体为，于顶管的前基座上增加止退装置，所述止退装置用于稳住管节和机头。

5.根据权利要求4所述的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其特征在于，所述始发施工中，顶管机的机头高于施工面，使得顶管机形成向上的工作趋势。

6.根据权利要求1所述的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其特征在于，所述水土接收式的顶管接收，具体为：浇筑素混凝土回填至强度达到设定要求，并选用原状土进行回填。

7.根据权利要求1所述的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S3)顶管下穿既有建筑的监测中，设置监测点时，还包括监测断面的设置，具体包括于小半径曲线段、岩层不均段、建筑外周存在干扰段设置监测断面。

8.根据权利要求7所述的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其特征在于，于直线段中，管片结构位移以及净空收敛监测按照每3-5环设置监测断面的频率设置。

9.根据权利要求1所述的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S3)顶管下穿既有建筑的监测中，监测频率为，顶管施工期间，对所有监测点按照至少2次/天的频率进行监测，工后沉降时，对所有监测点按照至少1次/7天的频率进行监测。

10.根据权利要求1所述的用于淤泥质粉质黏土层施工中的顶管施工方法，其特征在于，所述步骤S3)顶管下穿既有建筑的监测中，至少应在施工完成后且周边既有建筑稳定后，最大沉降速率小于等于±0.04mm/d时，停止监测。

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